Nghiên cứu chế tạo sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng trong phòng thí nghiệm và ứng dụng trong công trình thủy lợi

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SƠN CHỐNG THẤM THẨM THẤU KẾT TINH GỐC XI MĂNG<br /> TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI<br /> Nguyễn Quang Phú<br /> Phạm Văn Chiến<br /> <br /> Tóm tắt:<br /> Bài báo trình bày việc nghiên cứu lựa chọn vật liệu và công nghệ để sản xuất sơn chống thấm thẩm<br /> thấu kết tinh gốc xi măng. Sơn được chế tạo có độ bền nén, bền mài mòn, bám dính với bề mặt bê tông<br /> và độ chống thấm nước cao. Chất lượng của sản phẩm sản xuất được có thể so sánh với sơn cùng loại<br /> nhập khẩu. Loại sơn này có triển vọng ứng dụng để chống thấm cho công trình thủy lợi tại Việt Nam.<br /> Từ khóa: Thẩm thấu; kết tinh; chống thấm; bê tông<br /> <br /> 1. Mở đầu<br /> Sơn thẩm thấu kết tinh gốc xi măng là công nghệ tiên tiến đã được sử dụng trên thế giới từ những<br /> năm 60 của thế kỷ trước. Nhiều công trình bê tông lớn đã sử dụng công nghệ chống thấm bằng sơn<br /> chống thấm thẩm thấu kết tinh. Sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh là một hỗn hợp gồm xi măng, phụ<br /> gia chống thấm, phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn và các chất xúc tác. Thành phần siêu mịn trong vật<br /> liệu sẽ thẩm thấu vào bê tông và lấp đầy các lỗ mao quản và phản ứng với Ca(OH)2, một sản phẩm<br /> thủy hóa của xi măng tạo thành khoáng có cường độ, ngăn chặn nước không cho xuyên qua bê tông.<br /> Công nghệ chống thấm theo cơ chế thẩm thấu kết tinh sử dụng vật liệu gốc xi măng sẽ nâng cao khả<br /> năng chống thấm của bê tông (theo TCVN 3116:1993) so với mẫu đối chứng, đồng thời tăng khả năng<br /> chống ăn mòn, cũng như mài mòn của bê tông.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1: Hình ảnh các lỗ mao quản được lấp đầy bởi khoáng có cường độ<br /> Một số công trình tiêu biểu sử dụng công nghệ này như trong bảng 1.<br /> Bảng 1. Một số công trình lớn trên thế giới áp dụng công nghệ chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng<br /> TT Tên công trình Địa điểm Quốc gia<br /> 1 Sydney Harbour tunnel Sydney Úc<br /> 2 Olympic 2000 stadium Sydney Úc<br /> 3 Vancourver seabus; BC Canada<br /> 4 Badaling Donglaoyu Express Highway Bridge Deck Bejing Trung Quốc<br /> 5 Iida Dam Kaama, Ibaraki Nhật Bản<br /> 6 Okachimachi Tunnen Tokyo Nhật Bản<br /> 7 Grimsel area Dap system Grimsel Thụy Sĩ<br /> 8 Fany Sha Dam Hshitien Đài Loa<br /> 9 Washington D.C Metro System Washington D.C Mỹ<br /> 10 Guang xi tian-shen-Qiao Hydro-Electric Station Quang xi Trung Quốc<br /> <br /> <br /> 1<br />  Tại Việt Nam sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh mới được biết đến gần đây, chủ yếu sử dụng vật<br /> liệu nhập ngoại để chống thấm cho các công trình bê tông khối lớn. Bảng 2 thống kê một số công trình<br /> tại Việt Nam đã ứng dụng công nghệ chống thấm bằng sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh.<br /> Bảng 2. Một số công trình bê tông tại Việt Nam áp dụng công nghệ chống thấm bằng sơn chống thấm<br /> thẩm thấu kết tinh<br /> TT Tên công trình Địa điểm Loại hình công trình<br /> 1 Nhà máy Kao Việt Nam Biên Hoà Công nghiệp<br /> 2 Nhà máy Sanyo Việt nam Biên Hoà Công nghiệp<br /> 3 Nhà Máy Điện Phú Mỹ Bà Rịa - Vũng Tàu Công nghiệp<br /> 4 KCN Nomura Hải Phòng Công nghiệp<br /> 5 Nhà máy Canon Việt nam Hà Nội Công nghiệp<br /> 6 Bồn chứa hồ – Nhà máy American Standard Dĩ An - Sông Bé Công nghiệp<br /> 7 Nhà máy nước Long Thành Nhơn Trạch –Đồng Nai Công nghiệp<br /> 8 Nhà máy sản xuất xe Yamaha Hà Nội Công nghiệp<br /> 9 Nhà máy Uni-President MỹTho-Tiền Giang Công nghiệp<br /> 10 Đập Dầu Tiếng Tây Ninh Thủy lợi<br /> 11 Đập Nước Trong Quảng Ngãi Thủy lợi<br /> Hiệu quả kỹ thuật của việc sử dụng sơn chống thấm thẩu thấu kết tinh để xử lý chống thấm cho các<br /> công trình bê tông ở nước ta rất tốt. Nhưng việc triển khai rộng rãi công nghệ này còn rất hạn chế, do<br /> sản phẩm đều do các công ty của nước ngoài sản xuất (Peneseal – Đức, Xypex – Mỹ, Aquafin – Đức,<br /> v.v…) chào bán với giá khá cao. Đồng thời việc lựa chọn được loại sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh<br /> đạt tính năng kỹ thuật, đáp ứng cho từng loại công trình (khả năng chống thấm, môi trường xâm thực)<br /> để đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và tính bền lâu cao nhất là rất quan trọng. Vì vậy việc sản xuất loại<br /> vật liệu này trong nước là rất cần thiết, tạo tiền đề triển khai rộng rãi công nghệ thẩm thấu kết tinh<br /> chống thấm cho các công trình bê tông khi có yêu cầu.<br /> 2. Chế tạo sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng<br /> 2.1 Nguyên vật liệu đầu vào<br /> + Xi măng pooc lăng: Chọn xi măng PC- 40, tiến hành xác định cỡ hạt và có thể nghiền lại để tăng<br /> độ mịn đạt bề mặt riêng ≥ 3300cm2/g. Thành phần xi măng được đựng trong túi PE để tránh ẩm. Mua<br /> clanhke tại các nhà máy xi măng về nghiền mịn trong phòng thí nghiệm cho đến cấp hạt phù hợp với<br /> thành phần trong sơn thẩm thấu kết tinh gốc xi măng, hiện nay chúng tôi đang sử dụng clanhke của<br /> nhà máy xi măng Kim Đỉnh - Huế, xi măng có các tính chất như trong bảng 3.<br /> <br /> Bảng 3. Tính chất cơ lý của xi măng<br /> Yêu cầu theo TCVN<br /> TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả<br /> 2682:2009<br /> 1 Khối lượng riêng g/cm3 3.10<br /> 2 Độ mịn (lượng sót trên sàng 0.08) % 3.9  12<br /> 4 Độ dẻo tiêu chuẩn % 27.0<br /> Thời gian đông kết<br /> h.ph 2.15  00h45<br /> 5 + Bắt đầu<br /> h.ph 3.10  10h00<br /> + Kết thúc<br /> Cường độ nén của xi măng ở tuổi<br /> 6 + 3 ngày N/mm2 32.1 21<br /> + 28 ngày 49.3 40<br /> <br /> + Cát thạch anh: Cát thạch anh đã được làm sạch, có thành phần SiO2 ≥ 85%, thành phần hạt từ<br /> 100 đến 520 m (kích thước trung bình 220 m). Cát thạch anh sử dụng chế tạo sơn được sấy khô và<br /> đựng trong túi PE để tránh ẩm. Thành phần hạt cơ bản như trong bảng 4.<br /> <br /> <br /> <br /> 2<br />  Bảng 4. Thành phần hạt cơ bản của cát thạch anh<br /> Kích thước hạt, m Tỷ lệ, %<br /> 530 0<br /> 500 3<br /> 400 4<br /> 300 6<br /> 200 12<br /> 100 14<br /> 10 16<br /> 1 25<br /> 0.5 20<br /> <br /> + Phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn: Có thể lựa chọn silicafume, sản phẩm thương mại<br /> sikasece-PP1 của công ty Sika; Fume (N) của công ty Vinkems; MP-SF của công ty BASF, sản phẩm<br /> của hãng Elkem, các sản phẩm này hiện đang có trên thị trường nước ta. Cũng có thể sử dụng các sản<br /> phẩm siêu mịn hoạt tính trong nước từ kết quả của quá trình nghiền bột khoáng.<br /> Thành phần khoáng hoạt tính siêu mịn cũng phải sấy khô và đựng trong túi (bao) PE để cách ẩm.<br /> Thành phần khoáng hoạt tính siêu mịn có thể kết hợp silicafume với hợp chất silicat có modun thích<br /> hợp để đảm bảo độ bền ẩm và nước. Thành phần khoáng hoạt tính siêu mịn có đường kính hạt nhỏ<br /> hơn 1m dự tính chiếm 7,5- 8% trọng lượng của hỗn hợp trộn.<br /> Sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn nano (nhập ngoại) và siêu mịn (nhập ngoại hoặc trong<br /> nước (thu được trong quá trình nghiền) có tính chất như trong Bảng 5.<br /> <br /> Bảng 5. Tính chất cơ lý của khoáng siêu mịn<br /> TT Các chỉ tiêu thí nghiệm Tiêu chuẩn áp dụng Đơn vị đo Kết quả<br /> 1 SiO2(Silicon dioxide, amorphous) ISO 3262-20 % 99.99<br /> 2 Mất khi nung (Loss on Ignition) ISO 3262-20 % 0.01<br /> 3 Đường kính (Particle size % 100<br /> distribution) < 400 nm<br /> 4 Đường kính bình quân<br /> nm 40<br /> (Particle size average )<br /> 5 Khối lượng TT (Bulk Density) ISO 787-11 kg/m3 100<br /> 6 Diện tích bề mặt (Specific surface m2/g 50<br /> area)bet<br /> 7 Khối lượng riêng(Density) ISO 3262-20 g/cm3 2.2<br /> 8 Độ ẩm (H2O) ISO 3262-20 % 1.0<br /> 9 Chỉ số pH (pH value) ISO 3262-20 4.0<br /> <br /> + Phụ gia hoá học: Phụ gia hoá học đưa vào sơn để tăng độ chảy lỏng dễ thi công của sơn. Để có<br /> khả năng đáp ứng yêu cầu như vậy, nên lựa chọn sử dụng kết hợp phụ gia siêu dẻo với phụ gia polyme<br /> tan trong nước có mức độ cuốn khí thấp nhất. Tỷ lệ thành phần phụ gia hoá học trong sơn chiếm 2 –<br /> 2,5% (tính theo lượng phụ gia khô) trọng lượng của hỗn hợp trộn khô. Sử dụng loại Polyacrylat<br /> thường được sử dụng làm thành phần sơn chống thấm của các hãng chế tạo vật liệu. Các loại phụ gia<br /> hóa học thỏa mãn TCXDVN 325:2004 - Tiêu chuẩn - Phụ gia hóa học cho bê tông.<br /> 2.2. Qúa trình sản xuất hỗn hợp làm sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh.<br /> 2.2.1. Máy sấy<br /> Yêu cầu phải sấy được vật liệu rời (cát, phụ gia mịn, xi măng), đảm bảo cấp đủ vật liệu cho máy<br /> nghiền trộn.<br /> Các thiết bị chính:<br /> - Hệ thống định lượng phải đảm bảo độ chính xác;<br /> - Hệ thống băng tải vật liệu phải khô, sạch và kín;<br /> <br /> 3<br />  - Hệ thống sấy phù hợp với công suất, kinh tế;<br /> <br /> Bảng 6. Thông số kỹ thuật máy sấy<br /> Nhiệt độ<br /> Độ Tốc độ Công Năng Trọng<br /> không<br /> Kiểu sấy nghiêng quay suất suất lượng Ghi chú<br /> khí lối<br /> (%) (vòng/phút) (Kw) (Tấn/giờ) (Tấn)<br /> vào (°C)<br /> Thùng<br /> 3-5 3-8 ≤700 3 0,5-1,5 2,9<br /> Quay<br /> <br /> 2.2.2. Hệ thống cân đong, nghiền trộn và đóng bao (hình 2)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2: Sơ đồ hệ thống nghiền trộn và đóng bao<br /> <br /> 1. Hệ thống nạp liệu (đã định lượng các thành phần);<br /> 2. Phễu chứa nguyên liệu trước khi trộn;<br /> 3. Thiết bị trộn;<br /> 4. Phễu chứa hỗn hợp nghiền trộn;<br /> 5. Chân máy<br /> 6. Khung giá đỡ<br /> Thành phần sơn theo trọng lượng dự kiến: Xi măng pooc lăng (TP1); Cát thạch anh (TP2); Phụ gia<br /> khoáng sản siêu mịn (TP3); Phụ gia hoá học dạng lỏng (TP4).<br /> Quy trình nghiền trộn:<br /> Bước 1: TP1+TP3 nghiền 60 phút: để tăng độ mịn và độ đồng đều của ba thành phần;<br /> Bước 2: (TP1+TP3 (đã nghiền 60 phút)) +TP2 nghiền 8 phút trộn đều hỗn hợp mịn với cốt liệu,<br /> thời gian ít vì tránh nghiền mịn cốt liệu;<br /> Bước 3: Đóng bao thành phần khô.<br /> 3. Nhu cầu sử dụng và kết quả ứng dụng sơn chống thấm cho các công trình thủy lợi<br /> 3.1. Nhu cầu sử dụng<br /> Sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng sản xuất trong nước có giá thành thấp hơn so với<br /> các sản phẩm nhập ngoại do các nguyên nhân: Nguyên liệu đầu vào rẻ do chủ yếu là vật liệu trong<br /> nước, giá nhân công và năng lượng rẻ hơn so với nước ngoài, ngoài ra chi phí vận chuyển thấp hơn<br /> nhiều so với nhập khẩu. Dự kiến giá sản phẩm sản xuất trong nước bằng khoảng 75% so với sản phẩm<br /> <br /> 4<br /> nhập ngoại có chất lượng tương đương và phù hợp với điều kiện sử dụng đặc thù của khí hậu nước ta.<br /> Do đó sản phẩm sẽ có tính cạnh tranh và đem lại hiệu quả về kinh tế kỹ thuật cao.<br /> Hiện nay, số lượng các công trình thủy lợi ở Việt Nam là rất lớn, ước tính mỗi năm có tới hàng triệu<br /> m2 bề mặt bê tông cần xử lý chống thấm, tương đương hàng nghìn tấn hỗn hợp vật liệu cần sản xuất.<br /> Ngoài ra rất nhiều công trình cũ đã xuống cấp, cần sửa chữa chống thấm nhằm đảm bảo độ an toàn và<br /> nâng cao tuổi thọ. Với khối lượng bê tông cần chống thấm như vậy thì triển vọng sử dụng sơn chống<br /> thấm là rất lớn.<br /> 3.2. Ứng dụng dụng sản phẩm cho công trình đập bê tông trọng lực<br /> Được sự đồng ý của Chủ đầu tư, viện Thủy công đã tiến hành thi công sơn chống thấm để chống<br /> thấm cho tường bê tông truyền thống M20B6 phía thượng lưu đập Nước Trong – Tỉnh Quảng Ngãi.<br /> Sau khi thi công 28 ngày, tiến hành khoan lấy mẫu để thí thí nghiệm theo TCVN 3116:1993. Kết<br /> quả thí nghiệm như trong Bảng 7.<br /> Bảng 7. Kết quả thí nghiệm chống thấm bê tông bằng sơn chống thấm cho đập Nước Trong<br /> TT Loại bê tông thử thấm Kết quả chống thấm theo Cấp áp lực tăng so với<br /> TCVN 3116:1993 (W, atm) mẫu đối chứng, atm<br /> 1 Tổ mẫu bê tông thường (đối chứng) W6 -<br /> 2 Tổ mẫu bê tông được quét sơn chống thấm W10 4<br /> Nhận xét: Bê tông thi công chống thấm bằng vật liệu chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng<br /> có độ chống thấm tăng 4 atm (theo TCVN 3116:1993) so với bê tông không xử lý chống thấm .<br /> 4. Kết luận<br /> Công nghệ chống thấm bằng sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh cho các công trình bê tông là một<br /> công nghệ tiên tiến vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế, vì vậy nên triển khai áp dụng cho các<br /> công trình bê tông thủy công ở nước ta.<br /> Chúng ta hoàn toàn có thể sản xuất được sản phẩm này nhằm giảm chi phí và đa dạng hóa sản phẩm.<br /> Các loại vật liệu chế tạo phần lớn đều sẵn có tại Việt Nam cũng như dây chuyền thiết bị.<br /> Loại sản phẩm sơn chống thấm do Viện Thủy Công - Viện khoa học thủy lợi Việt Nam nghiên cứu<br /> chế tạo cho kết quả tốt khi ứng dụng vào công trình hồ chứa Nước Trong, bước đầu khẳng định được<br /> chất lượng của sản phẩm trong nước.<br /> Với ưu điểm về khả năng chống thấm của vật liệu này, cùng với nhu cầu chống thấm các công trình<br /> thủy công ở Việt Nam thì triển vọng sử dụng của sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng là<br /> rất lớn.<br /> <br /> Tµi liÖu tham kh¶o<br /> 1. Tµi liÖu giíi thiÖu s¶n phÈm Chèng thÊm b»ng kÕt tinh cña h·ng Xypex<br /> 2. Tµi liÖu giíi thiÖu s¶n phÈm Chèng thÊm b»ng kÕt tinh Pene – Seal cña h·ng cña h·ng Simon<br /> 3. Lê Minh "Nghiên cứu biện pháp nâng cao tính chống thấm của bê tông đầm lăn công trình thủy<br /> lợi" -Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam<br /> 4. Nguyễn Quang Bình " Nghiên cứu chế tạo sơn thẩm thấu gốc xi măng, để chống thấm cho kết cấu<br /> bê tông các công trình Thuỷ lợi" -Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam<br /> 5. TCXDVN 325:2004 Phụ gia hóa học cho bê tông<br /> 6. TCVN 3116:1993 Tiêu chuẩn quy định phương pháp thử độ chống thấm nước của các loại bê tông<br /> nặng<br /> <br /> Abstract:<br /> A study on producing cement-based/cementitious capillary crystalline waterproofing<br /> paint in the laboratory and its applications in hydraulic constructions.<br /> <br /> <br /> 5<br /> The paper presents an investigation on the selection of materials and technologies for producing<br /> cementitious capillary crystalline waterproofing paint in Vietnam. This type of paint has high<br /> compressive strength, abration resistance, and good adhesion to concrete surfaces and water tightness.<br /> The quality of the manufactured product can be compared with the same imported paints, promising<br /> effective coating for waterproofing applications in hydraulic constructions in Vietnam.<br /> Keywords: Capillary; crystallization; waterproof; concrete<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 6<br />